[发明专利]一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于秸秆类原料生产丁醇技术领域，涉及秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法，同时涉及一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的装置。

背景技术

秸杆类物质和农林废弃物是大宗的可再生资源，农林废弃物包括树叶、树枝和木材加工后的木屑等。我国秸杆类物质每年至少收获8亿吨，全世界范围内大约有23亿吨。目前，尽管秸杆类物质和农林废弃物的一部分用于发电，一部分用作燃料，一部分作为生产糠醛、木糖的原料等，但大部分还是没有得到充分利用，还是存在一定资源上的浪费。

秸杆类物质和农林废弃物主要是由半纤维素、纤维素和木质素三大元素组成，半纤维素是来源于植物的生物聚糖，含有D-木糖基、D-甘露糖基与D-葡萄糖基或D--半乳糖基的基础链，其它糖基可以成为支链而连接在主链上。纤维素是D-葡萄糖以B-1，4糖苷键结合起来的链状高分子化合物，常温下不溶于稀酸或稀碱。半纤维素和纤维素与木质素中间是由阿魏酸和香对豆酸通过酯键和醚键进行连接的，其结构连接得相当紧密且比较稳定，要想加大纤维素秸杆的利用率，过去也通过简单的汽爆、水解等方法进行对纤维素秸杆组分的分离，但均未达到其最大利用价值。

丙酮和丁醇广泛用于有机合成塑料、树脂、油漆、医药和国防工业。丙酮可作为油漆、电影胶片、塑料、石油精炼脱蜡、植物油萃取、制药的溶剂和有机合成化学工业的原料。丁醇除可用作溶剂外还是一种潜在的大综动力燃料，它的燃烧值和汽油相当，是汽车用油的替代品。现有的丙酮、丁醇生产工艺有两种方法，一种是石化合成法，另一种是粮食发酵法。这两种方法的成本较高，均为实现资源的利用最大化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法，实现了资源利用的最大化。

本发明的另一目的在于提供一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的装置

本发明采用以下技术方案：一种秸秆类物质或农林废弃物生产生物丁醇的方法，将秸秆类物质或农林废弃物粉碎后先用热水浸泡，然后采用稀酸为催化剂进行水解，使秸秆类物质或农林废弃物中的半纤维素水解转化为戊碳糖并存在于水解液中，向含有戊碳糖的水解液中加碱性类物质中和pH值为3-7，然后固液分离，液体部分加入活性炭吸附脱色然后固液分离，料液经离子交换脱酸后成为含戊碳糖的水溶液；所述稀酸水解、固液分离后的固形物先用水冲洗，加入碱性物质中和，再加入纤维素酶和阿魏酸酯酶协同酶解固形物中的纤维素，使纤维素分解成六碳单糖并存在于酶解液中，酶解液经活性炭吸附脱色，加水或浓缩调节浓度，制成含六碳糖的水溶液；将含戊碳糖的水溶液或含戊碳糖的水溶液与含六碳糖的水溶液的混合液送入配料装置，加碱性物质调pH值为3-7，加入营养原料，加水调整溶液中糖的质量百分比浓度为3-8％，然后在100-120℃下高温杀菌20-60分钟，然后冷却到30-42℃，接入发酵菌种发酵72-160小时，经精馏分离得到丙酮、丁醇和乙醇，发酵过程中回收废气二氧化碳和氢气；

该方法的具体步骤为：(1)先将秸杆类物质或农林废弃物清选，然后粉碎，水洗后送入水解锅，加入70～98℃热水浸泡1～3小时，然后加入质量百分比浓度为0.5～10％的稀酸进行水解，稀酸的加入量为所处理秸杆类物质或农林废弃物重量的2～10倍，然后通入100～125℃热蒸汽水解4～8小时，水解后的固液混合物固液分离为水解液和固形物；向水解液中加入碱性物质中和pH值为3-7，然后固液分离，液体部分加入活性炭吸附脱色然后固液分离，料液经离子交换脱酸后成为含戊碳糖的水溶液；

(2)步骤(1)中水解后的的固形物用水冲洗，加入碱性物质调pH值为3-7，沉淀析出盐类物质，再加入纤维素酶和阿魏酸酯酶，按每克固形物加入20～80FPU纤维素酶和0.1～3IU阿魏酸酯酶，送入酶解装置协同酶解固形物中的纤维素，在40～55℃下连续酶解3～8天，酶解液经活性炭吸附脱色，加水或浓缩调节溶液中糖的质量百分比浓度为3-8％，制成含六碳糖的水溶液；